CN111878550A - 具有双双向输入和单双向输出的传送装置 - Google Patents

具有双双向输入和单双向输出的传送装置 Download PDF

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Abstract

一种双双向输入单双向输出传送装置，包括每个双向输入和单个或公共双向输出之间的唯一齿轮比。齿轮箱带有两个双向输入和一个双向输出。扭矩能够通过双向输入中的一个或两个传送至双向输出。齿轮系可为恒定配合系统，消除滑动花键、爪形离合器或同步器以在操作模式之间切换。锁定特征件允许通过使用第二双向输入作为固定的旋转参考而将动力或扭矩从第一双向输入传送至公共双向输出。从第二双向输入至公共双向输出的动力或扭矩也可以使用第一双向输入作为固定的旋转参考。还可以包括行星齿轮组负载组合器，以使两个双向输入同时向公共输出传送扭矩或动力。另外，锁定特征件使得能够独立地从任一输入对扭矩进行传送，而没有反向驱动另一输入。

Description

具有双双向输入和单双向输出的传送装置
政府许可权利声明
本发明至少部分由美国政府支持，合同号为W15QKN-17-C-0120。美国政府对本发明享有一定的权利。
背景技术
用于从原动机或输入到传送系或输出来传送扭矩或动力的传送装置(transmissions)是众所周知的。传送装置广泛且多种多样，并且可应用于各种机械装置，例如洗衣机和其他电器、车辆和军事应用。车辆应用包括将来自引擎或马达的扭矩或动力传送到驱动轮。车辆的电气化为传送带来了额外的问题，这是需要付出很大努力的主题。电动车辆马达能够非常快速地具有非常高的扭矩，并且需要合适的传送装置以允许操作者控制从马达传送到输出的扭矩，其允许操作者前进和后退。
军事应用可包括控制野战炮和装甲车辆主要武器系统(如主炮)的仰角(elevation)和方位角的驱动系统。在这种军事应用中，驱动单元可以设置有手动输入和用于将动力传送到单输出的机动输入。这种驱动器或传送装置可能存在操作问题，其中手动操作可能不能令人满意地或快速地从输出端脱离接合，使得当使用机动输入时，手动输入也被致动。如果手动输入没有快速脱离接合，操作员的安全可能会受到影响。
需要一种双双向输入单双向输出传送装置以将动力或扭矩从至少一个输入传送到单(公共)双向输出。这种传送装置可以在每个输入和公共输出之间具有不同的齿轮比。当一个输入可操作时，这种传送还应当防止“反向驱动”非啮合的输入。传送应在各个输入之间快速无缝地切换，并具有易用性和仰角高度可靠性。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种双双向输入至单或公共双向输出传送装置(或齿轮箱)，其在每个双向输入和单或公共双向输出之间具有不同的齿轮比。通常，但不限于，传送装置(齿轮箱)具有齿轮系设计，其具有两个双向扭矩输入和一个(或公共)双向扭矩输出。该装置(传送装置或齿轮箱)配置成能够通过各个输入独立地在传送扭矩之间进行切换，或者能够将组合的输入扭矩同时传送至公共扭矩输出。在一个实施例中，齿轮系可以是恒定配合系统，其消除滑动花键、爪形离合器或同步器(如在汽车传送装置中已知的)以在操作模式之间切换。通过使用离合器或制动器，使用第二双向输入作为固定的旋转参考，动力或扭矩从第一双向扭矩输入传送至公共双向输出。类似地，从第二双向扭矩输入至公共双向扭矩输出的动力或扭矩可以使用第一双向扭矩输入作为固定的旋转参考。此外，本公开的实施例还可包括行星(planetary)齿轮组负载组合器，以使双向扭矩输入同时将扭矩或动力传送至公共扭矩输出。本公开提出了许多益处，这些益处是对现有齿轮箱或传送装置的改进。具体地，本发明的齿轮箱或传送装置具有恒定的齿轮配合(即，没有滑动花键或同步器)以获得高可靠性。本公开可以通过超越第二双向扭矩输入来使双向扭矩输入之一优先。另外，实施例可以在各个双向扭矩输入和公共扭矩输出之间具有不同的齿轮比。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的包括齿轮箱的仰角驱动单元的立体侧视图；
图2是图1的仰角驱动单元的一般双驱动齿轮箱的功能框图；
图3是示出其部件的双驱动齿轮箱的分解图；
图4是机动齿轮箱架构的示意图；
图5是仰角驱动单元的功能环境图；
图6是仰角驱动单元的手动输入的俯视图；
图7是仰角驱动单元的状态转换图。
具体实施方式
参考附图，其中相似的数字表示相似的结构。图1是作为用于军事应用的仰角驱动单元10的本公开的一个实施例的立体侧视图。仰角驱动单元具有壳体12，其中通过紧固件14将壳体12紧固到包围第一双向扭矩输入的输入壳体16。仰角驱动单元将扭矩传送到升降螺杆驱动箱(未示出)，并允许在装甲车辆(未示出)的炮件或主炮上的马达和手动轮输入之间转换。如下文所述，马达集成到定制齿轮箱，其中该齿轮箱提供双三(3)级齿轮减速，无缝双输入切换和紧急或维护马达锁定。仰角驱动单元可用于控制野战炮或坦克主炮的仰角和定位。本领域技术人员应当理解，如本文所述的双双向输入单(公共)双向输出齿轮箱或传送装置也可适用于机动车辆的传送装置，例如用于电动车辆的传送装置或其他应用。
转到图2，其示出了本公开的一个实施例中的机动齿轮箱组件18的流程图。示出为马达的第一双向扭矩输入20通常是电动的，其具有一个hp并且电连接到弹簧施加的制动器。第一方向扭矩输入20将如22处的扭矩传送到第一齿轮组24。为了维修或操作方便，该组件设置有手动锁定装置26。第一齿轮组将如28处的扭矩传送到周转(epicyclic)齿轮组30，周转齿轮组30又将如32处的扭矩传送到斜方(miter)齿轮组34。斜方齿轮组将如38处的扭矩传送到仰角滚珠螺杆驱动器36，以控制野战炮或坦克炮的仰角。
第二双向扭矩输入42(示出为手动曲柄)将如44处的扭矩传送到双向反向锁定离合器46。当第一双向扭矩输入操作以防止第二双向扭矩输入反向驱动时，反向双向锁定离合器46可用作制动器。双向反向锁定离合器将如48处的扭矩传送到齿轮组50。齿轮组50将扭矩52传送到周转齿轮组。来自周转齿轮组的扭矩传送如前所述。
在一个实施例中，第一双向扭矩单元通过齿轮组和周转齿轮组的齿轮比远大于第二双向扭矩输入通过其相应的齿轮组50至周转齿轮组的的齿轮比。当手动致动第二双向扭矩输入并且第一双向扭矩输入是电动马达等时可能是这种情况。
转到图3，其是根据本发明一个实施例的双双向输入和单双向输出机构的分解图。示出为可逆电动马达52的第一双向扭矩输入具有轴54。马达可使轴顺时针或逆时针旋转。轴通过滚珠轴承环56配合，滚珠轴承环56在正齿轮(spur gear)60上容纳凸缘(flange)58。正齿轮60具有轴62，滚针轴承64安装在轴62上。在描述了第一双向输入之后，将描述第一双向输入中断。可能比正齿轮60具有更多齿的第二正齿轮66固定在轴68上。可以具有与正齿轮60相同数量的齿的正齿轮70固定到位于正齿轮66的一侧上的轴68。滚针轴承72位于轴上，与正齿轮70相邻。在正齿轮66的相对侧，轴容纳滚珠轴承72和滚针轴承74。现在将描述第一双向输入惰轮。正齿轮76承载在滚针轴承80上。滚针轴承组件由主轴78支撑并通过紧固件82保持就位。当第一双向输入轴旋转时，正齿轮60可旋转地啮合正齿轮66，这又使正齿轮70与第一太阳齿轮(sun gear)86啮合以使单双向输出轴88旋转。输出轴配备有锥齿轮(bevel gear)90，锥齿轮90可以与或可以不与锥齿轮92啮合。
转向第二双向输入，轴94配备有环形滚珠轴承96、98。输入轴与双向反向锁定离合器100相互作用，该双向反向锁定离合器100啮合或脱离啮合以允许输出轴的旋转，如下所述。离合器的输出将扭传送到正齿轮组件104，该正齿轮组件104由环形滚珠轴承102径向支撑。正齿轮104具有滚针轴承106，从而为太阳齿轮86提供支撑。正齿轮86驱动由以下各部件组成的齿轮组件：在一端配备有正齿轮110和滚针轴承112的轴108，以及正齿轮114。该轴还带有滚针轴承116。正齿轮114驱动环形齿轮126并通过周转齿轮组到达输出轴88。
现在将对周转齿轮箱进行描述。承载于轴承组件88上的、由滚珠轴承120、122支撑的多个行星齿轮组118与第一双向输入的太阳齿轮86以及与第二双向输入啮合的环形齿轮组件126相啮合。在该实施例中，环形齿轮126具有内部和外部，用于与行星齿轮118和第二双向输入正齿轮114啮合。环形齿轮126由环形滚珠轴承124支撑。周转组驱动输出轴和锥齿轮90。锁定环130将所有描述的部件保持在直角输出轴上，其中该直角输出轴由壳体通过衬套128支撑。双向输出轴配备有锥齿轮92，锥齿轮92构造成可与锥齿轮90相配合地啮合。
现在转向图4，其示出了双双向输入单双向输出齿轮箱或传送装置的一个实施例的示意性构架。具体地，示出为马达输入齿轮134的第一双向扭矩输入与马达中间齿轮组件136相互作用以驱动输出轴。如前所述，太阳齿轮组件140与行星齿轮组件142相互作用以传送来自第一双向输入的输出，其示出为马达。行星齿轮组件与环形齿轮组件144啮合以驱动载体锥齿轮组件146，组件146随而又啮合于锥齿轮输出轴148。示出为手动输入构件轴150的第二双向输入旋转并啮合于手动输入齿轮152。手动输入齿轮在齿轮接口158处与手动中间齿轮相啮合，手动中间齿轮154啮合于环形齿轮144以驱动周转齿轮组。如前所述，该实施例始终使用各种滚珠轴承160和滚针轴承162，如附图标记所示的相应符号所示。
在手动操作期间，旋转被输入到第二双向输入150。通过双向反向锁定离合器100和齿轮接口152至158和154至144。随着锁定销啮合或弹簧施加的电释放制动器156断电(锁定)，周转齿轮组的太阳齿轮140被锁定。这提供了相对于环形齿轮114驱动输出146的参考。在机动操作(第一双向输入)期间，锁定销必须脱离啮合并且弹簧施加的电释放制动器通电(可以旋转)。马达通过齿轮134、136和138传送旋转以驱动太阳齿轮组件140。由于双向反向锁定离合器100的设计功能，环形齿轮144被有效地锁定，因为它不能通过离合器100旋转第二双向输入150。该效果为太阳齿轮140提供固定的旋转参考以驱动双向输入146。在该实施例中，如果锁定销脱离啮合，则第一和第二双向输入都可能被驱动到单双向输出，只要它们的扭矩平衡。根据周转齿轮系的控制方程，它们的公共输出将是它们的旋转速度的总和。要实现该特征，扭矩必须在公共接口点处处于平衡状态。
现在转向图5，其示出了本公开的双双向输入单双向输出齿轮箱(传送装置)的一个实施例的功能环境图的示意图。具体地，诸如电池组或其他电源的电源166在168处电连接到马达控制器170。马达控制器在172处电连接到用户接口174。在一个实施例中，用户接口是变阻器开关或其他可变开关，其向马达控制器发送动力以控制马达速度和旋转的方向。当用户接口处于第一位置时，马达以可变速度沿第一方向旋转，并且当用户接口处于第二位置时，马达以可变速度沿相反的方向旋转。在又一个实施例中，马达控制器和用户接口174中的至少一个包括中央处理单元(CPU)171和用于存储指令和其他数据的存储器。CPU访问存储器以获得存储在其中的命令。这些命令可以与马达RPM、输出轴的旋转方向或与扭矩有关的其他指令相关。其他指令可以包括双向反向锁定离合器和制动器的状态或操作，以控制是否允许第一、第二双向输入或两者将扭矩施加到单双向输出。存储器可以由RAM、ROM、DRAM、PROM、EEPROM、FLASH或任何其他存储器组成。存储器中的命令可以存储在存储器中的表或曲线(curves)中。
用户接口允许操作员(或计算机设备)在176处向马达控制器发送命令以执行存储在马达存储器中的任何命令。马达控制器可以发送命令175以激活机动驱动单元178，并且可以调节由机动驱动单元产生的旋转方向和扭矩量。这可以通过控制由马达产生的每分钟转数(RPM)和/或通过控制马达输出轴的旋转方向来实现。马达控制器还向马达驱动单元发送关于弹簧施加的电动释放制动器或离合器的状态和操作的数据信号182。制动器或离合器可以被控制以响应RPM或扭矩，以控制是否可以将第一、第二双向输入或两者施加到单双向输出，如驱动轴173所示。这可以通过监测从第二双向输入186产生的RPM或扭矩184而实现。机动驱动单元CPU可以控制由第一双向输入产生的RPM或扭矩以匹配来自第二双向输入的RPM。在该状态下，来自第一和第二双向输入的扭矩188被传送到单双向输出190。第一和第二双向输入中的每一个的状态和操作性能可以被传送回马达控制器170以进行处理和决策。如前所述，根据锁定销和弹簧施加的制动器的状态，还可以操作传送装置(齿轮箱)，使得扭矩通过第一或第二双向输入传送到单双向输出。
图6是根据本公开的一个实施例的用户接口174的俯视图。显而易见的是，图6所示的实施例面向军事应用，并且将被描述为不限于可能的适用性或修改以使用户接口适应与本公开的最宽范围一致的任何目的。
用户接口174具有启用按钮或开关192，其允许操作者根据本公开的一个实施例选择是否启用用户接口以控制双双向输入单双向输出齿轮箱(传送装置)。在本公开的该实施例中，如果开关192未闭合(启用)，则用户接口不向机动控制器发送命令。在这种状态下，机动驱动单元不被激活，并且可能不会从马达驱动单元产生扭矩(第一双向输入)。在该实施例中，开关192必须被操作者确认激活并保持在这种状态以启用用户接口。当用户接口被启用时，可以通过从用户接口向马达控制器发送命令来操作第一双向输入(机动驱动单元)，如上所述。用户接口可以配备有可变开关或变阻器194，以控制由机动驱动单元178产生的RPM和马达输入轴54的方向旋转。在该实施例中，不会发生机动驱动单元轴54的运动，除非可变开关194从其非激活位置196移动到第一位置198，以逐渐升高炮件或装甲车辆主炮的仰角。随着开关194逐渐从其非活跃状态移动到其第一位置196，炮仰角变化的速度增加。这是由于机动驱动单元产生的RPM和扭矩增加。一旦机动驱动单元RPM超过手动输入产生的RPM，手动扭矩输入(第二双向输入)通过如上所述的离合器而被停用，并且单双向输出的扭矩仅由机动驱动单元(第一双向输入)产生。如图6所示，可变开关194移动到第二位置199使得炮仰角逐渐减小。这可以通过反向转动机动驱动单元来实现。同样，当开关194逐渐移动到第二位置时，炮的仰角变化速度增加。
显然，用户接口可以容易地配置为用于车辆，尤其是电动车辆的控制器，并且双双向输入单双向输出齿轮箱被配置为用于车辆的传送装置。开关194可以是车辆的启动开关，并且可变开关196可以是允许操作者控制车辆运动的速度和方向的传送装置控制器。
图7是描述本公开的一个实施例的行为的状态转换图。具体地，双双向输入单双向输出齿轮箱(传送装置)的默认状态200被禁用。当启用时，如通过激活开关192，转换状态1指示齿轮箱就绪为运行条件202。如果开关192未被激活，则双双向输入单双向输出齿轮箱被禁用，并且如2所示，使用齿轮箱不能进行炮仰角运动。当开关192被激活，并且可变开关194沿第一方向移动时，炮可升高204，如3所示。如果可变开关移动到其非激活位置，则齿轮箱处于就绪状态202，如4所示。如果可变开关194移动到其第二位置，则炮仰角可以降低206。齿轮箱可以由可变开关激活，只要检测到最小电压并且可用于机动单元，如6所示。
旨在本方法和装置的范围由以下权利要求限定。然而，必须理解的是，所公开的系统和方法可以在不脱离其精神或范围的情况下以不同于具体解释和说明的方式实施。本领域技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在实践权利要求中采用本文所述配置的各种替代方案。应该确定所公开的系统和方法的范围，不是参考以上描述，而是应该参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。预期并旨在未来的发展将在本文讨论的技术中发生，并且所公开的系统和方法将被结合到这样的未来实例中。此外，权利要求中使用的所有术语旨在给出它们最广泛的合理构造和本领域技术人员理解的普通含义，除非在此做出明确的相反指示。特别地，除非权利要求引用相矛盾的明确限制，否则应理解使用诸如“一”、“该”、“所述”等单数表述以引用一个或多个所指示的元素。所附权利要求旨在限定装置的范围，并且由此覆盖这些权利要求范围内的方法和装置及其等同物。总之，应该理解的是，该装置能够进行修改和变化，并且仅受所附权利要求的限制。

Claims (23)

1.一种双双向输入、单双向输出传送装置，包括：
第一双向扭矩输入，第二双向扭矩输入和单双向扭矩输出；所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入被配置成响应于所述第一双向扭矩输入和所述第二双向输入中的每一个处的扭矩大小而单独地或组合地将扭矩传送到所述单双向扭矩输出。
2.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，其中，电子控制器将来自所述第一双向扭矩输入的扭矩大小与来自所述第二双向扭矩输入的扭矩大小进行比较，以允许扭矩传送至所述单双向扭矩输出。
3.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，其中，来自所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入的扭矩被选择性地传送至所述单双向扭矩输出。
4.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，还包括在所述第二双向扭矩输入上的双向反向锁定特征件；所述可变锁定特征件选择性地终止由所述第二双向扭矩输入产生的扭矩传送至所述单双向扭矩输出。
5.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，还包括锁定特征件，当扭矩从另一双向输入进行传送时，所述锁定特征件禁止从所述第一双向扭矩输入或所述第二双向输入之一的反向驱动。
6.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，进一步包括锁，其用于选择性地终止扭矩从所述第一双向扭矩输出传送至所述单双向扭矩输出。
7.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，还包括可变开关，其用于控制由所述第一双向扭矩输入产生的扭矩。
8.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，其中，所述第一双向扭矩输入通过第一齿轮组将扭矩传送至周转齿轮组并通过斜方齿轮组传送至所述单双向扭矩输出。
9.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，其中，所述第二双向扭矩输出通过双向反向锁定离合器将扭矩传送至第二齿轮组到所述周转齿轮组并且通过所述斜方齿轮组传送至所述单双向扭矩输出。
10.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，还包括与所述第一双向扭矩输入电连接的用户接口；所述用户接口包括激活开关和可变扭矩开关。
11.根据权利要求1所述的双双向输入、单双向输出传送装置，其中，所述第一双向扭矩输入是可逆电动马达。
12.一种操作双双向输入、单双向输出传送装置的方法，包括：
通过访问包含命令的存储器来激活计算机控制器；所述控制器能够从第一双向扭矩输入、第二双向扭矩输入和单双向扭矩输出接收扭矩数据信号；确定来自所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入的扭矩输入；确定是否将扭矩从所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入传送至所述单双向扭矩输出；以及将扭矩传送至所述单双向扭矩输出。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，能够选择性地将扭矩从所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入传送至所述单双向扭矩输出。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，当来自所述第一双向扭矩输入的扭矩小于或等于来自所述第二双向扭矩输入的扭矩时，能够将扭矩从所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入均传送至所述单双向扭矩输出。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，通过在所述第二双向扭矩输入上激活双向反向锁定离合器而仅由所述第一双向扭矩输入将扭矩传送至所述单双向扭矩输出。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，通过在所述第一双向扭矩输入上激活制动器而仅由所述第二双向扭矩输入将扭矩传送至所述单双向扭矩输出。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，通过在所述第一双向扭矩输入上激活锁定而仅由所述第二双向扭矩输入将扭矩传送至所述单双向扭矩输出。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一双向扭矩输入是可逆电动马达。
19.一种双双向输入、单双向输出传送装置，包括：
具有第一斜方齿轮的单双向输出轴；
第一双向扭矩输入；所述第一双向扭矩输入包括配备有第一齿轮组的轴；所述第一齿轮组包括在第一双向输入轴上的正齿轮；所述第一齿轮组包括锁销；第一周转齿轮组，其配合于所述第一齿轮组；所述第一周转齿轮组包括第一太阳齿轮和围绕所述第一太阳齿轮组旋转的第一正齿轮组；
第二双向扭矩输入；所述第二双向扭矩输入包括双向反向锁定离合器；所述第二双向扭矩输入包括第二齿轮组；第二周转齿轮组，其配合于所述第二齿轮组；所述第二周转齿轮组包括第二太阳齿轮和围绕所述第二太阳齿轮组旋转的第二正齿轮；和由所述第一周转齿轮组和所述第二周转齿轮组致动的、配合于所述第一斜方齿轮的第二斜方齿轮，以将扭矩从所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入传送至所述单双向扭矩输出轴。
20.根据权利要求19所述的传送装置，还包括行星齿轮组负载组合器，以允许所述第一双向扭矩输入和所述第二双向扭矩输入将扭矩传送至所述单扭矩输出。
21.根据权利要求19所述的传送装置，还包括离合器或制动器，其中，通过使用所述第二双向扭矩输入作为固定的旋转参考，来激活所述制动器或离合器将扭矩从所述第一双向扭矩输入传送至所述单双向扭矩输出。
22.根据权利要求19所述的传送装置，其中，通过使用所述第一双向扭矩输入作为固定的旋转参考，将扭矩从所述第二双向扭矩输入传送至公共双向扭矩输出。
23.根据权利要求19所述的传送装置，其中，所述齿轮组彼此恒定地配合。
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